XX MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS HORNO PARA FUNDICIÓN DE ACERO

ARTURO ALEJANDRO JIMENEZ GARZON ANDRES MAURICIO ALTAHONA RODRIGUEZ

ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN CREAMECOL LTDA. necesita un horno para el reprocesamiento del retal que se obtiene de su actividad productiva. Además quiere incursionar en la producción de fundición gris y aceros de baja aleación. CREAMECOL LTDA Empresa del sector Metalmecánico, con experiencia por mas de 10 años especializada en la deformación de aceros (chapa, lamina y platina), a través de procesos como el estampado en frío, y enfocada principalmente en el mercado automotriz, con mas de 40 líneas de producción, que se extienden desde productos para la construcción hasta aquellos de uso cotidiano y decoración en el hogar, la oficina, etc. El valor esperado del proyecto era de aproximadamente 50 millones de pesos. PRESUPUESTO DESTINADO Y TIEMPO DE DESARROLLO El tiempo de desarrollo fue de cuatro meses y medio.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Fundir aceros de baja aleación (1010 a 1030) y fundición gris, para el aprovechamiento de la chatarra.

REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE •Se debe fundir aceros 1010 1020 1030 y fundiciones grises en general •La capacidad en kilos por colada debe ser de 200 a 500. •El operario debe tener las garantías de seguridad básicas de ejecución del proceso. •Las perdidas térmicas deben ser las mínimas posibles. •Fuente de alimentación de 1800 amperios aproximadamente •Energía eléctrica suministrada a partir de un transformador de 250kw con entrada de alimentación de 220v

ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA Empresas con hornos artesanales. Hornos sobredimensionados y en malas condiciones. Hornos de la mas alta tecnología en empresas muy grandes. El horno es concebido para consumo propio y para un mercado nacional.

FUNCIONES DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL Sistema eléctrico Sistema salida de gases Sistema de alimentación de chatarra Sistema de alimentación de aleantes y fundentes Sistema de escoriado Sistema de salida de la colada Sistema de refrigeración Control del arco eléctrico • Subsistema de sujeción de los electrodos • Subsistema: unión guías-mordazas (porta-electrodos) • Subsistema: movimiento porta-electrodos • Subsistema: guiado brazos porta-electrodos Electrodos Aislamiento térmico

GENERACIÓN DE CONCEPTOS VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS PLANTEADAS Utilizar energía

Fundir acero

Aplicar energía a chatarra

Recubrir crisol

Alimentar chatarra

Eléctrica

Arco directo

2 Electrodos

Ladrillo refractario

Tapa lateral

Gas

Arco indirecto

3 Electrodos

Concrax

Tapa Superior

ACPM

Inducción

Arena y caolín

GENERACIÓN DE CONCEPTOS VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS PLANTEADAS Escoriar

Colar

Mover Electrodos

Girar Crisol

Parte Superior

Parte superior

Tornillo sin fin

Con palanca

Tapa Lateral

Parte inferior

Poleas

Sistema hidráulico

Al final después de colar por debajo del crisol

Picotera

Sistema hidráulico o neumático

Tren engranajes paralelos

Piñon y Cremallera

Tornillo sin fin corona

PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN

Esta fue presentada con las dos diapositivas anteriores.

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO •SELECCIÓN DE MATERIALES Calculo de resistencia de materiales Ficha tecnica de materiales para manejo de cargas. Experiencia en la utilizacion de materiales. Cuadros comparativos de alternativas de selección. SELECCIÓN DE COMPONENTES STANDARIZADOS Ficha tecnica de componentes (catalogo). Experiencia en la utilizacion de componentes (confiabilidad) Marcas reconocidas y con respaldo.

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO MEJORA DE DETALLES Sistema de refrigeracion, con la implementacion de un sistema de apoyo al sistema presente. Cambiar de proveedor del servicio: fundicion brazos conductores. APLICACIÓN DE HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA Un apoyo muy importante para el diseño fue la utilizacion de herramientas como Solid Edge para el modelado previo del equipo, y el calculo de cargas y multiples variables en pro del diseño final para fabricacion.

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO EL SUBSISTEMA DE DISEÑO DE LA MÁQUINA QUE RESULTÓ MÁS INTERESANTE Y/O COMPLICADO) El mecanismo de amarre de los brazos que sostinene los electrodos, ya que debia satisfacer las siguientes caracteristicas: •Soportar un medio excesivamente abrasivo y oxidante •Resistir una fuerza alternante y fluctuante en cualquier direccion. •Soportar un peso max aprox de 20 Kilos •Ser practico y segura su operación •No tener ningun elemento suelto que implique posible riesgo o perdida. •Una vida util prolongada

DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

Subsistemas

Sistema de escoriado Aislamiento térmico

Sistema de salida de la colada

Sistema levantamiento y aseguramiento de tapa

Sistema de rotación de la tapa

Subsistemas

Subsistema: movimiento portaelectrodos

Sistema de refrigeración

Subsistema de sujeción de los electrodos Subsistema: unión guías-mordazas (portaelectrodos) Subsistema: guiado brazos porta-electrodos Electrodos

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EXPLICACIÓN DEL MODO DE FUNCIONAMIENTO Una vez cargado el crisol con chatarra, es cerrada la tapa superior del mismo, luego, se baja cada uno de los electrodos de manera gradual hasta lograr acero liquido, son retirados los electrodos, y se gira el crisol para el escoriado, después se realiza el descargue de la colada, y es posicionado el crisol en su punto cero para iniciar nuevamente el proceso.

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ASPECTOS DE SEGURIDAD Y CONTROL DE LA MÁQUINA El operario debe permanecer con proteccion auditiva y respiratoria para su manipulacion.Asi como un elemento de proteccion visual. Solo una persona calificada y autorizada puede manipular el sistema de alimentacion electrico del equipo, ya que su mantenimiento es considerado una tarea critica para la seguridad del operario y de la propiedad.

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ASPECTOS DE ERGONOMÍA CONSIDERADOS Alturas y posicion de los brazos del operario quien debe permaner 30 minutos max. operando el equipo de forma continua, asi como el aseguramiento de una posicion optima de trabajo y visualizacion del proceso.

APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO Aporte en la solución del problema Se implanto un horno eléctrico con capacidad suficiente para la conversión de todo el producto en desperdicio y adaptado a las condiciones eléctricas establecidas por la planta.

Ventajas económicas de la solución Dependiendo del tipo de producto que se funda y partiendo del valor por kilo de la chatarra se tiene que: Valor inicial: $250 a $300 Valor final: $1800 a $3000 Multiplicado por la capacidad del horno por colada (200 a 500 kilos).

ANÁLISIS ECONÓMICO •COSTOS ASOCIADOS CON EL PROCESO DE DISEÑO •$14.654.000 •COSTOS DE MATERIALES $ 15.905.583,1 •COSTOS DE FABRICACIÓN (MÁQUINADO, FUNDICIÓN, SOLDADURA, ETC) y COSTOS DE ENSAMBLE •$ 20.000.000 •DESPERDICIOS (EXPERIENCIAS Y RECOMENDACIONES)

CONCLUSIONES •El sistema de movimiento de electrodos con poleas es de lo mejor que hay para utilizar en hornos eléctricos de arco directo como el aquí diseñado, sin embargo el calculo debe ser muy minucioso ya que si las cargas de todo el sistema no están bien compensadas (contrapesas y brazos porta electrodos) será muy complicado mover fácilmente cada brazo. •La fuerza de fricción para mover los brazos es muy grande, ya que cada brazo puede pesar fácilmente de 200 a 300kg, por lo tanto es conveniente utilizar unos volantes lo suficientemente grandes para que el operario no ejecute una fuerza excesiva para subir y bajar fácilmente los electrodos. •Para un horno tan pequeño (500kg de capacidad) no es rentable utilizar refractarios de primera calidad, ya que los costos son excesivos. Pero si hay que tener un buen mantenimiento del refractario a base de arena reutilizada y caolín, ya que este se gasta demasiado y es necesario cambiarlo después de cierto número de coladas. La idea es alcanzar el mayor número de coladas sin re - parcheo.

RECOMENDACIONES • En proporcion a la interaccion con la industria y la manufactura se logra un acercamiento mayor desde un diseño preliminar al objetivo final. • Tener en cuenta el valor real de los materiales a ser empleados y la manufactura de estos para no ir a incurrir en gastos tan drásticos cuando ya no se puedan modificar los diseños. • Es necesario evaluar en numerosas ocasiones cada idea concebida para asegurar la mejor opcion. • No se puede innovar con lo que ya existe, mas es posible innovar sobre lo que existe. • No se puede derogar lo que no se conoce, porque se necesita conocer para edificar.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA EMPLEADAS BIBLIOGRAFÍA •BARINOV, N, y LANDA, A. Metalurgia y metalografía •PETERS, A. T. Producción siderúrgica. •KINGERY, W. D. Introduction to ceramics. •ROBINSON, ROBERT. Furnaces •Flinn, Richard. Fundamentals of metal casting •Hein Rosenthal. Principles of Metal Casting. •A. F. S. Foundry Tecnology •A. M. S. Metals handbook •MORRAL FACUNDO, ROLF. Metalurgia general. •THINKS, WILLIBALD. Industrial furnaces.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA EMPLEADAS PAGINAS EN INTERNET

•www.erecos.com •www.economia.gob.mx •redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/caolin.h tm •www.ipac.es/acero/fabricacion.asp •omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/080/htm/se c7.htm •http://www.fundacite.arg.gov.ve/documentacion/fde/rocas/capitulo05. html •www.asturcons.org/interiornteemp.php?nte=32.&tipo=OO - 29k SOFTWARES EMPLEADOS PARA EL DESARROLLO DE LA MÁQUINA

•Microsoft office Excel 2003 •Microsoft office Word 2003 •Solid Edge V16